La thèse portera sur le développement expérimental d’un prototype de câble supraconducteur et principalement sur la plateforme de caractérisation associée, répondant à la fois aux contraintes imposées par les fabricants de câble et par l’application destinée au réseau ferroviaire. Un autre volet de la thèse lié au projet SuperRail concernera l’essai de composants d’électronique de puissance en environnement cryogénique pour une utilisation potentielle conjointe avec les supraconducteurs sur le réseau électrique ferroviaire.
Plusieurs étapes sont prévues afin d’aboutir au prototype de câble supraconducteur limiteur de courant et de sa plateforme de test et caractérisation en environnement cryogénique, parmi lesquelles :
• La réalisation d’un porte échantillon et la mise en œuvre d’une d’instrumentation permettant d’étudier un câble supraconducteur refroidi par de l’azote liquide à 77 K.
• La mise en œuvre d’un système cryogénique permettant de tester le câble supraconducteur en limitation de courant dans un bain d’azote sous-refroidi et avec une circulation d’azote forcée.
Concernant les composants et systèmes d’électronique de puissance en environnement cryogénique. Il s’agira de caractériser et d’étudier le comportement de plusieurs composants d’électronique de puissance disponibles sur étagère afin d’identifier les meilleurs candidats possibles pour réaliser des convertisseurs d’électronique de puissance fonctionnant avec plus d’efficacité en environnement cryogénique.

Ce travail s’inscrit dans la continuité des travaux réalisés au GREEN (Groupe de Recherche en Energie Electrique) sur la modélisation et la caractérisation des supraconducteurs en vue de leur intégration dans les systèmes de puissance. Il concerne le calcul des courants induits dans les rubans HTC de seconde génération, à base d’YBCO, en vue de l’évaluation des pertes, et la caractérisation de défauts structurels, dans une démarche contrôle de qualité et de fiabilité [1]. La caractérisation électromagnétique, sans contact, a déjà été proposée et appliquée avec succès pour l’évaluation des propriétés électriques de ces matériaux aux températures cryogéniques [2, 3]. L’originalité de ce travail est dans son couplage avec la thermique pour la caractérisation des défauts structurels à température ambiante.
Le travail consiste à proposer une stratégie de modélisation électromagnétique de l’ensemble inducteur-ruban (avec et sans défaut), ainsi qu’une modélisation thermique pour la caractérisation de défauts. Les verrous sont liés à la structure en couches minces de ces matériaux qui nécessitera des approches de modélisation particulières.
Le travail comportera les étapes suivantes :
- Etat de l’art : supraconducteurs, contrôle non destructif de matériaux par CF et par thermographie inductive
- Proposition d’une structure d’inducteur adaptée au contrôle des rubans
- Mise en œuvre d’une stratégie de modélisation électromagnétique de l’ensemble inducteur -ruban.
- Mise en œuvre du modèle thermique pour la caractérisation de défauts
- Optimisation de l’inducteur et de son alimentation
- Réalisation d’un banc expérimental et validation des approches de modélisation et de caractérisation.

Characterization and comparison of new bulk superconductors
Superconducting materials have already been used in many
applications such as MRI, LHC or ITER.
Their main feature, i.e. no resistivity, makes them essential elements to improve energy efficiency in the future. This project concerns the properties of bulk superconductors. Indeed, they have high critical currents and can be magnetized to very high magnetic flux densities of several Tesla. New types of bulk samples became recently available, and their possibilities will be explored in detail. Bulk superconductors have undergone phenomenal developments in recent years and they are very promising for several applications such as levitation, supermagnets, electrical motors and magnetic gears in the fields of transport and aeronautics.
This PhD project has three main aims. Firstly, features of three kinds of materials, MgB2, FeSe and YBCO should be critically compared to each other with respect to respective applications. Secondly, superconducting foams, a new kind of bulk superconductors, should be studied and characterized. The characterization of all these bulks is a major work of this project. Several methods should be employed, e.g. electrical methods and magnetic methods at different temperatures in order to obtain a full picture.These measurements will be combined with a thorough characterization of the sample microstructure using advanced electron microscopy methods (SEM, TEM, EBSD, atom probe). This will enable to optimize the flux pinning properties by selectively tuning the microstructure. The candidate should also participate in the elaboration of the samples. Thirdly, the final aim is the measurement of the magnetization of the superconducting bulk in situ, i.e.,directly in the application. It is obvious that the ultimate purpose of this project is to identify which material is promising for the energetic efficiency of electrical engineering applications. This PhD position will be carried out jointly between Nancy and Saarbrücken, it will strengthen theFranco-German collaboration between two universities within the Greater Region. Strong links already exist with laboratories in Japan, so a short or long stay in Japan is to be considered.